I/O Link轴在加工中心换刀机构的应用

2017-02-01肖斌

设备管理与维修 2017年8期

肖斌

（江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330001）

0 概述

加工中心从数控铣床发展而来，是由机械设备与数控系统组成适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工中心具有自动换刀功能，可以通过一次装夹实现产品的多功能自动加工，具备多种工艺手段，加工精度高，综合加工能力强等特点，按主轴空间位置划分有卧式加工中心和立式加工中心。下面在对FANUC-31i系统的I/O Link轴外围设备控制功能分析的基础上，提出加工中心实现I/O Link轴控制机械手自动换刀。

1 I/O Link总线构架

东风卧式加工中心采用FANUC 31i-MB系统，采用内置型的PMC作为系统主站，通过I/O Link分配器，将输入/输出模块、机床操作面板I/O单元、刀库放大器、ATC放大器、刀检放大器等从站连接起来，所有从站均有I/O接口，遵循FANUC I/O Link网络通信协议，I/O Link网络采用总线拓扑结构，各从站依次串联连接。东风加工中心通过PMC程序控制各个I/O Link轴的运动，其中ATC轴实际使用系统64个输入点和64个输出点，其余64个输入点和输出点为系统占用，由于采用I/O Link控制该轴，因此不能与系统其他轴进行插补运动。

2 东风卧式加工中心简介

东风设备制造厂生产的DH500I卧式加工中心主轴为电主轴，配置DM40ATC换刀装置，通过I/O Link轴控制FANUC βi伺服电机，电机通过皮带带动齿轮运动，齿轮带动凸轮机构旋转，利用凸轮机构控制机械手的进退、旋转和刀具松夹，电机编码器将ATC位置信息反馈过来，送入到PMC程序进行逻辑处理。换刀准备：刀库将刀具移至换刀区域，通过气缸将刀具从刀库推出至换刀位等待位置，主轴移至换刀位置，打开刀库门，ATC执行换刀动作。ATC动作步骤（图1）：①ATC在原位；②ATC顺时针旋转90°，ATC卡爪夹紧刀具，主轴松刀；③ATC轴向向前；④ATC顺时针旋转180°；⑤ATC轴向后退到位，主轴夹紧刀具，ATC松开刀具；⑥ATC顺时针旋转90°返回原位。

3 硬件连接（图2）

图1 ATC机械手动作过程

图2 放大器接线

L1，L2，L3 为放大器三相电源进线；U，V，W 为伺服电机动力电缆；CXA19B接入24 V电源；CX30为急停信号接口；JA72为轴互锁信号；CX29为接触器控制信号接口；JD1B和JD1A为串行输入/输出信号接口；JF1-1为伺服电机反馈电缆接口；CZ6为放电电阻接口，如果加减速频繁需适当增大放电电阻阻值；CXA20为热保护；CX5X为放大器电池，起保存数据作用。

4 地址分配

硬件连接完成后，需要对放大器设定通信协议地址。由于通过I/O Link对ATC轴进行控制，故该轴的地址分配应遵循FANUC系统对I/O Link轴地址分配原则，因此，设定输入X312～X319，输出 Y312～Y319。

图3 ATC自动旋转程序

图4 ATC手动旋转程序

图5 ATC位置反馈处理程序

5 程序设计

在自动循环过程中，电机启动由PMC程序输出点Y312.7（ATC-CYCLE START），Y312.7主要取决于轴互锁信号Y313.3（ATC-*ILX）和动作完成了信号X312.7（ATC-OPC4），条件满足后 ATC 就自动开始旋转（图3）。当需要手动转动ATC时，需将ATC调整开关打到调整位置，然后再进行手动正反转（图4）。通过读取编码器的位置信息，然后传送到D3120与程序设定的位置D3160进行比较，进行机械手角度位置的确认（图5）。